雖然上世紀(jì)50年代第一顆人造衛(wèi)星就上天了，但六十多年過去了，我們還在地球附近徘徊，或者在太陽系里蝸牛般攀爬。目前航天器推進(jìn)器使用的一直是化學(xué)燃料或弱離子驅(qū)動(dòng)技術(shù)，效率極為低下，即使是使用了耗時(shí)的引力彈弓技術(shù)，最近發(fā)射的帕克太陽探測(cè)器才達(dá)到了最快70萬公里/小時(shí)的速度。不過這一切很快就可能成為過去，因?yàn)槟壳爸辽儆腥N可行的太空高速驅(qū)動(dòng)方式正在研發(fā)，有可能取得重大突破，在2050年前讓人類飛行器的速度至少超過每小時(shí)160萬公里。

這些項(xiàng)目就是美國宇航局（NASA）先進(jìn)概念研究所（NIAC）正在資助的新型鋰離子驅(qū)動(dòng)器和反物質(zhì)推進(jìn)器，以及私人公司SpaceX的化學(xué)火箭改良概念。

化學(xué)火箭軌道加油

目前計(jì)劃的火星任務(wù)都是從地球上發(fā)射飛船，這意味著火箭大部分的燃料都得用于脫離地球引力，只有很少的燃料用于在太空中加速飛船，從而不得不采用霍曼轉(zhuǎn)移軌道，迂回前往，耗費(fèi)大量時(shí)間。

馬斯克的SpaceX公司正在研發(fā)大獵鷹火箭（BFR），可以將其改進(jìn)為在地球軌道上加注燃料，從而提高其前往火星的初始速度。通過這種方式，可以把飛船的速度加速到10公里/秒以上，即36000公里/小時(shí)，可直接使用拋物線軌道，在70天內(nèi)到達(dá)火星，甚至可能短于40天，可大大減少宇航員暴露在宇宙射線中的風(fēng)險(xiǎn)及食物重量。

新型鋰離子推進(jìn)器

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）將在4個(gè)月內(nèi)測(cè)試一種新的推進(jìn)器概念——鋰離子推進(jìn)器，這是一種用激光束驅(qū)動(dòng)的鋰離子推進(jìn)器，可逐漸加速到480公里/秒，即每小時(shí)173萬公里的速度，到火星僅需不到7天的時(shí)間，到冥王星也只需要不到一年時(shí)間。

該項(xiàng)目的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是強(qiáng)大的激光器，需要高達(dá)10兆瓦的激光發(fā)射到離子推進(jìn)器上，以產(chǎn)生更大的推力。美國軍方將在未來兩年內(nèi)開發(fā)出100千瓦的激光器陣列，預(yù)計(jì)到2025年可以擁有兆瓦級(jí)激光，整個(gè)推進(jìn)器可能會(huì)在2040年前成為現(xiàn)實(shí)。

反物質(zhì)推進(jìn)器

這是一種用正電子催化氘塊進(jìn)行核聚變驅(qū)動(dòng)飛船前進(jìn)的概念推進(jìn)器，目前正電子動(dòng)力公司（Positron Dynamics）已啟動(dòng)研發(fā)，已列入NASA先進(jìn)概念研究所2018年項(xiàng)目計(jì)劃（Ryan Weed: Radioisotope Positron Propulsion）。

該項(xiàng)目用氪同位素產(chǎn)生持續(xù)不斷的熱電子，然后引導(dǎo)到碳化硅薄膜表面，冷卻后在致密的氘塊中催化核聚變反應(yīng)來產(chǎn)生動(dòng)力。由于反物質(zhì)（正電子）是現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)用，避免了反物質(zhì)無法存儲(chǔ)的問題，這種推進(jìn)器的效率可以比現(xiàn)有技術(shù)的離子推進(jìn)器高1000倍，速度可逐漸加速到980公里/秒，即353萬公里/小時(shí)，可在幾天內(nèi)到達(dá)火星，幾個(gè)月的時(shí)間就能到達(dá)冥王星。

該公司網(wǎng)站的項(xiàng)目介紹則更具雄心，聲稱他們正在研制的正電子催化核聚變推進(jìn)器，即使是到離地球最近的恒星系——4.2光年外的比鄰星，也只需40年的時(shí)間！

當(dāng)然，這些概念目前都還在研發(fā)初期，未來究竟會(huì)如何發(fā)展還有很多困難和挑戰(zhàn)，但人類探索太空，走向遙遠(yuǎn)深空已箭在弦上，或許在我們的有生之年，人類的世界就將變得廣闊無邊。

【徐德文O戴維科學(xué)】已入選2018年第3季度“全國科普自媒體（今日頭條）熱度榜”前20名，謝謝讀者朋友們的支持。該榜單由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)普及部和人民網(wǎng)輿情數(shù)據(jù)中心聯(lián)合今日頭條發(fā)布。